挪威云杉受树皮甲虫和蓝变真菌侵染后树皮与木材的特性：对生物质资源化利用的启示

本研究针对欧洲云杉树皮甲虫（SBB）及蓝变真菌（BSF）侵染导致的挪威云杉木材资源降级利用问题，系统分析了受害树木的树皮和边材的化学成分变化。研究发现侵染后木材碳水化合物比例上升、提取物含量显著降低，树皮中木质素比例升高。该研究为受害木材的高值化利用（如制浆）提供了理论依据，对森林资源可持续管理具有重要意义。

　　

近年来，全球气候变化导致的干旱问题日益严重，这使得欧洲云杉树皮甲虫（Ips typographus，简称SBB）的大规模爆发成为欧洲林业面临的重大挑战。这种仅有米粒大小的昆虫，却能通过群体攻击杀死健康树木，更棘手的是，它们还会携带蓝变真菌（Blue-stain fungi，简称BSF）共同侵染树木，导致木材出现蓝色条纹，严重降低其经济价值。挪威云杉（Picea abies）作为欧洲最重要的用材树种之一，正遭受着前所未有的威胁——在瑞典，2018年以来的干旱已导致超过2600万立方米的云杉受害。

传统上，受虫害和真菌感染的木材大多被降级为薪柴用于能源生产，这对森林所有者来说经济效益较低。那么，这些看似“受损”的木材，是否有可能被重新赋予更高的价值？它们的内在化学成分究竟发生了哪些变化？这些变化又如何影响其后续利用途径？来自瑞典于默奥大学的研究团队针对这一系列问题展开了深入探索。

研究人员采集了三种类型的挪威云杉木材：健康未受害的参考材（REF）、仅受树皮甲虫侵害的木材（SBB）以及同时受甲虫和蓝变真菌感染的木材（BSF）。通过系统的化学分析技术，包括采用标准方法（SCAN-CM 71:09）进行碳水化合物组成分析，使用TAPPI T222方法测定木质素含量，通过索氏提取和气相色谱-质谱联用（GC-MS）及气相色谱-火焰离子化检测（GC-FID）技术分析提取物组成，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察木材微观结构变化，结合主成分分析（PCA）进行多维数据解析，全面揭示了生物侵害对木材化学成分的影响。

3.1 组成分析

3.1.1 木材

研究发现，与健康木材相比，受害木材的碳水化合物含量显著升高：BSF边材的总碳水化合物含量达到66.1%，显著高于REF组的59.5%。特别是葡萄糖含量从40.9%增加到45.5%。与此同时，碳水化合物与木质素的比例（C:L比）也从REF的2.17提高到BSF的2.47，这一变化有利于制浆过程。提取物含量则显著降低，BSF边材的提取物含量仅为0.8%，不到REF组(1.6%)的一半。

3.1.2 树皮

树皮的化学变化更为复杂。SBB侵害的树皮中葡萄糖含量显著升高(31.4% vs REF 24.3%)，而BSF侵害的树皮则表现出木质素含量异常升高(40.4% vs REF 24.6%)。提取物含量变化尤为惊人：REF树皮中提取物含量高达29.4%，而SBB和BSF树皮分别降至8.3%和7.5%。计算表明，BSF树皮的C:L比仅为0.81，远低于REF的1.23，表明真菌可能优先代谢了碳水化合物。

3.2 提取物分析

3.2.1 木材提取物组分析

GC-FID分析显示，树脂酸和甘油三酯是健康木材中最主要的提取物。受害木材中，所有提取物组份均显著减少，特别是甘油三酯在SBB和BSF木材中减少了98%。值得注意的是，甾醇含量在BSF木材中不降反升，从0.3g/kg增加到0.6g/kg。

3.2.2 木材单个提取物分析

通过GC-MS进一步鉴定发现，不同树脂酸的响应差异显著。左旋海松酸含量在SBB和BSF木材中分别降低了85%和92%，而脱氢枞酸含量却有所增加。脂肪酸分析显示，饱和脂肪酸(C16:0和C17:0)比例上升，而不饱和脂肪酸(C17:1和C18组)下降。

3.2.3-3.2.4 树皮提取物分析

树皮中的提取物变化趋势与木材类似，但变化幅度更大。树脂酸和脂肪酸含量在受害树皮中降低了约三分之二，甘油三酯几乎完全消失。个体分析表明，异海松酸、枞酸等树脂酸组分显著减少。

3.3 扫描电子显微镜分析

SEM图像清晰展示了不同侵害程度的木材微观结构差异。健康木材纤维结构完整，无真菌感染迹象；SBB木材可见少量菌丝；而BSF木材则显示出密集的真菌菌丝网络。尽管如此，木材纤维结构并未出现明显破坏，表明机械性能可能得以保持。

3.4 多元数据分析

主成分分析(PCA)成功将三类材料区分开来，REF、SBB和BSF样品在PCA图中形成明显聚类。健康木材与高提取物含量相关，SBB木材与高葡萄糖含量关联，而BSF木材则与高木质素含量相关。

3.5 技术经济考量

从技术经济角度分析，受害木材的化学特性变化带来双重影响：一方面，碳水化合物含量增加和C:L比提高有利于制浆过程，且提取物减少可降低造纸过程中的沥青问题；另一方面，提取物大幅减少意味着松节油、木素等副产物产量下降，影响综合经济效益。对于树皮而言，提取物含量降低直接导致其热值下降，作为能源材料的价值降低。

这项发表于《Biomass and Bioenergy》的研究系统揭示了树皮甲虫和蓝变真菌侵害对挪威云杉化学组成的深刻影响。研究结果表明，受害木材并非只能降级为薪柴使用——其增加的碳水化合物含量和改善的C:L比使其更适合用于制浆等高附加值用途。同时，提取物的大幅减少虽然降低了副产物产量，但也可能减少造纸过程中的工艺问题。

这些发现对森林资源管理具有重要指导意义：首先，为受害木材的高值化利用提供了科学依据，有助于提高森林所有者的经济效益；其次，为木材加工企业提供了原料选择的参考标准；最后，研究结果有助于完善森林碳核算体系，更准确评估虫害爆发对森林生态系统碳循环的影响。未来研究可进一步探索受害木材在制浆过程中的实际表现，以及开发针对受害树皮的高值化利用技术，全面提升森林资源的利用效率。